O que é Ray Tracing e quais suas vantagens

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Como funciona o Ray Tracing

Ray tracing é método de renderização em tempo real eficiente para iluminar cenas 3D geradas pelo computador. Ela funciona de modo a simular como o efeito dos raios de luz devem se comportar conforme o que o jogador está olhando. Deixando a cena mais real possível aos olhos do jogador.

Tente imaginar como seria iluminar um objeto e registrar como ele se comporta na superfície entre o objeto e o solo. Você captura com uma câmera todos os cantos em que a iluminação tem efeito, e percebe um ponto que não possui iluminação, devido ao bloqueio que o objeto em questão tem sobre o espaço, e chamamos isso de sombra.

Talvez essa tenha sido uma explicação bem simples da atuação do Ray tracing nos jogos, mas com ela conseguimos entender como essa tecnologia funciona. Ela se aproxima e muito em como a iluminação na nossa realidade funciona.

Não é de hoje que essa tecnologia é utilizada no universo 3D, os filmes da Pixar já utilizam essa tecnologia desde 1995, no filme Toy Story. Desde então, esse método só evoluiu com o passar dos anos. Embora esse recurso já estivesse a muitos anos no mercado, os jogos começaram o utilizar só recentemente, mas utilizavam uma técnica diferente para não fazer feio, e falaremos um pouco dela daqui a pouco.

Ray tracing e a Rasterização fixa

Rasterização é uma abordagem baseada em objetos para renderização de cenaz do universo 3D. Cada objeto é uma projeção 2D, então a lógica é aplicada para mostrar apenas os pixels mais próximos do olho em um ambiente 3D. Por outro lado, o ray tracing traz os pixels primeiro e depois os combina com objetos 3D, tornando a cena mais natural.

A rasterização requer técnicas especiais e ajustes para criar visuais realistas. Por exemplo, o pipeline da renderização de um jogo pode ser adaptado e otimizado para aplicar um determinado efeito, onde os pixels em um objeto têm um determinado padrão. Naturalmente, esse tipo de lógica vai variar de objeto para objeto e de cena para cena. Requer esforço por parte do desenvolvedor tirar proveito disso, mas pode compensar em eficiência, já que o computador pode ser capaz de renderizar uma cena complicada sem quantidades exorbitantes de poder de processamento.

Essa tecnologia traz uma grande melhoria visual?

O ray trancing é realmente uma tecnologia impressionante, mas vale lembrar que nem tudo o que vemos em tela nos jogos, utilizam a técnica de ray tracing. Os novos jogos que suportam ray tracing o utilizam apenas para certos efeitos, principalmente aqueles relacionados com sombras e iluminação, enquanto o resto ainda é rasterizado, isso acontece devido à limitação do hardware atualmente.

Hoje, as placas de vídeo que possuem mais facilidade em trabalhar com essa tecnologia são as famosas RTX da Nvidia. As placas de vídeo, RTX 2060 ou RTX 3080, por exemplo, utilizam uma implementação própria de renderização gráfica desenvolvida pela Nvidia, a “RTX”.

Esta implementação pode utilizar o DirectX 12 ultimate, projetada para máximo desempenho, a atualização traz suporte nativo a várias tecnologias modernas de renderização gráfica, como Ray Tracing e o Mesh Shading.

Por outro lado, o DXR, é uma API de ray-tracing que pode operar independentemente do hardware da Nvidia, ou em conjunto com ele. Por exemplo, os desenvolvedores do jogo Crysis fizeram uma demonstração de seu próprio motor Crytek vários anos atrás que executou o ray tracing em uma placa da série AMD Radeon RX 5000 (uma GPU sem a técnologia”RTX”), embora o desempenho fosse mais lento.

Os núcleos “RT” (especializados em calaculos matemáticos dos ray tracing) ajudam qualquer placa gráfica, sendo AMD ou Nvidia, a executar DXR mais rápido, mas DXR não precisa de núcleos “RT” para rodar.

Melhorias visuais com Ray tracing

O ray trancing se bem aplicado, pode melhorar significamente um jogo. Vejamos esse teste feito com o Shadow of the Tomb Raider da Square Enix para PC, ele possui suporte a ray tracing trazendo uma qualidade de sombras mais naturais com as placas gráficas GeForce RTX. Veja as imagens abaixo para ter uma ideia de como a tecnologia dá uma cara nova para as sombras do game.

Sombras rasterizadas

Sombras por ray tracing (configurações no Ultra)

Outro exemplo de comparações entre sombras por ray tracing e raterizadas.

Sombras rasterizadas

Sombras por ray tracing (configurações no Ultra)

Sombras rasterizadas

Sombras por ray tracing (configurações no Ultra)

As sombras geradas pelo ray tracing são mais suaves e realistas quando comparamos com as versões rasterizadas, que por sinal são mais duras e “mortas”. Uma sombra gerada pelo ray tracing pode ser ainda mais escura dependendo da quantidade de luz que um objeto está bloqueando ou até mesmo em outra sombra. As sombras rasterizadas não são de todo mal, mas uma vez que você passa a jogar com o ray tracing é muito difícil se acostumar com a rasterizada novamente.

Desempenho do Ray Tracing

Quando falamos em alta qualidade de gráficos, principalmente no PC, algo deve ser sacrificado para termos uma boa gameplay. E habilitar o ray tracing pode originar uma perda significativa no desempenho do game, variando de game para game.

No teste do próprio jogo Shadow of the Tomb Raider, podemos notar uma grande diferença nos quadros por segundo com a tecnologia ativada e com ela desativada. Os testes foram feitos com as seguintes configurações: AMD Ryzen 9 5900X, uma placa gráfica GeForce RTX 3080 e 32GB de memória.

Os números apresentados abaixo, são os quadros médios por segundo (fps). Pelo menos 60fps são necessários para uma jogabilidade suave.

Resolução 1440p

Resolução 4K

Em ambos os testes perceba uma grande diferença quando ativamos o ray tracing no Tomb Raider, tivemos uma perda de cerca de 30 quadros por segundo. Sim, é verdade que o ray tracing não tomou tanto dos quadros do jogo, isso acontece devido ao recurso DLSS que melhora o desempenho dos jogos.

Esse recurso que acabamos de falar, o DLSS, é encontrado nas placas Nvidia suportados em alguns jogos que podem ajudar a reduzir o impacto no desempenho com a utilização do ray tracing. Lembre-se, essa troca de desempenho vem apenas da aplicação de efeitos de sombra e iluminação, então a tecnologia de hoje está longe de usar ray tracing para renderizar um jogo por inteiro.

Podemos dizer então que o resultado com ray tracing não é tão bom quanto o esperado, já que estamos utilizando essa técnica apenas para sombras e iluminação. É claro que uma otimização dos jogos é importante para tal feito, e o Tomb Raider tem feito bem seu papel.

Jogos compatíveis com Ray Tracing (2021)

Com informações: PCMag

Bruno Rodrigues

Oi, eu sou o Bruno, amante de tecnologia, games e cultura pop.